机械设计力学基础课件.ppt

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1、第1章机械设计的力学基础知识1.1载荷和应力1.2机械零部件失效形式和设计准则1.1载荷和应力1.1.1机械零部件的工作能力工作能力需求强度、刚度耐磨性振动稳定性……以传动为主的零件一般要求有一定的强度和刚度，即在工作负荷下不发生破坏和过大的变形；具有相对运动并传力的零件需要有较好的耐磨性；而高速转动的零件则要具有较高的振动稳定性。在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。1.1.2机械零件的强度静强度疲劳强度整体强度表面强度按工作条件分按破坏部位和破坏形式分强度反映机械零件承受载荷时抵抗破坏的能力1.1载荷和应力1.1.3载荷静载荷

2、变载荷名义载荷计算载荷周期性变载荷非周期性变载荷额定功率或名义功率引入载荷系数K计算载荷=K*名义载荷1.1载荷和应力载荷指的是使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。1.1.4应力静应力变应力（a）对称循环(b)脉动循环(c)非对称循环r=-1r=0-1

3、脆性破坏，断裂塑性变形疲劳破坏（3）极限应力按照强度准则设计机械零件时，根据材料性质及应力种类而采用材料的某个应力极限值。1.1载荷和应力（4）标准试件的疲劳极限和疲劳曲线疲劳破坏应力循环次数有限寿命疲劳极限工程上常用对称循环r=-1的应力极限值和作为材料的疲劳极限N0循环基数，对应的和称为疲劳极限1.1载荷和应力影响疲劳极限的因素1.应力集中2.绝对尺寸3.表面状态零件的对称循环疲劳极限应力（5）零件的疲劳极限1.1载荷和应力（6）许用应力及（许用)安全系数安全系数的采取原则：在保证安全的可靠的前提下，尽可能选择较小的安全系数。许用应力：计算应力允许达到的最大

4、值。在实现条件下找出极限应力值，在现场情况下，考虑各方面的影响，加一个安全系数。1.1载荷和应力整体强度零件受载时在本体内产生应力为整体强度问题，整体强度的形式有拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切零件受载时，在传力的接触表面上产生应力，引起表面强度问题。表面强度（7）整体强度和表面强度1.1载荷和应力（8）接触强度接触应力：是在两个零件通过点接触或线接触传递载荷时，在接触部位产生弹性变形，同时产生的很大的应力。1.1载荷和应力弹性力学中的赫兹Hertz公式------作用在圆柱体上的压力，N------接触线长度，mm------综合曲率半径------两圆柱体材料的泊

5、松比------材料弹性系数，E1E2圆柱体材料的弹性模量1.1载荷和应力1.2机械零部件失效形式与设计准则1.2.1失效及防止失效的对策机械零部件由于某种原因丧失工作能力而不能正常工作时称为失效。采用的对策1.控制零件尺寸2.合理选择材料和热处理方式3.合理设计结构4.合理使用和维护1.2.1失效及防止失效的对策（1）控制零件尺寸按强度、刚度等工作能力准则计算零件尺寸，使在满足工作要求条件下尺寸尽量紧凑。1）校验计算2）设计计算3）计算承载力1.2.1失效及防止失效的对策（2）合理选择材料和热处理从考虑强度出发选择强度极限高的材料同样尺寸的零件可以承

6、受更大载荷而不被破坏从考虑刚度出发选择弹性模量较大的材料相同工况下可以减小变形量从考虑零件的表面硬度和整体韧性出发选择合理的热处理工艺方法选择合理的耐磨材料，可以减少磨损1.2.1失效及防止失效的对策（3）采用合理的结构（4）合理的使用和维护1.2.1失效及防止失效的对策1.2.2失效分析与设计准则设计机械零件时保证零部件不产生失效所依据的基本原则，称为设计准则。常见的失效形式与对应的设计准则见表1-3.(1)强度设计准则(2)刚度设计准则一般用途的轴(3)精度设计准则(4)寿命设计准则a.疲劳问题，可依据材料的疲劳极限进行强度计算用尺寸误差和形位误差值进行控制和

7、保证，主要体现在机械零件误差的分配、综合和匹配上b.磨损问题，公式不成熟，只能控制c.腐蚀问题，没有相应的计算方法，只好在选材和热处理上想办法1.2.2失效分析与设计准则(5)震动稳定性准则(6)可靠性准则表示系统、机器或零、部件等在规定的使用寿命内和预订的使用条件下，能正常实现其功能的能力用可靠度R来表示使固有频率f和激振源频率错开1.2.2失效分析与设计准则小结零件的载荷、应力性质构件的变形、应力分析机械零件的失效形式、设计准则